Calibration and validation of models for short-term decomposition and N mineralization of plant residues in the tropics

Insight of nutrient release patterns associated with the decomposition of plant residues is important for their effective use as a green manure in food production systems. Thus, this study aimed to evaluate the ability of the Century, APSIM and NDICEA simulation models for predicting the decomposition and N mineralization of crop residues in the tropical Atlantic forest biome, Brazil. The simulation models were calibrated based on actual decomposition and N mineralization rates of three types of crop residues with different chemical and biochemical composition. The models were also validated for different pedo-climatic conditions and crop residues conditions. In general, the accuracy of decomposition and N mineralization improved after calibration. Overall RMSE values for the decomposition and N mineralization of the crop materials varied from 7.4 to 64.6% before models calibration compared to 3.7 to 16.3 % after calibration. Therefore, adequate calibration of the models is indispensable for use them under humid tropical conditions. The NDICEA model generally outperformed the other models. However, the decomposition and N mineralization was not very accurate during the first 30 days of incubation, especially for easily decomposable crop residues. An additional model variable may be required to capture initial microbiological growth as affected by the moisture dynamics of the residues, as is the case in surface residues decomposition models.

Calibration and validation of models for short-term decomposition and N mineralization of plant residues in the tropics

Insight of nutrient release patterns associated with the decomposition of plant residues is important for their effective use as a green manure in food production systems. Thus, this study aimed to evaluate the ability of the Century, APSIM and NDICEA simulation models for predicting the decomposition and N mineralization of crop residues in the tropical Atlantic forest biome, Brazil. The simulation models were calibrated based on actual decomposition and N mineralization rates of three types of crop residues with different chemical and biochemical composition. The models were also validated for different pedo-climatic conditions and crop residues conditions. In general, the accuracy of decomposition and N mineralization improved after calibration. Overall RMSE values for the decomposition and N mineralization of the crop materials varied from 7.4 to 64.6% before models calibration compared to 3.7 to 16.3 % after calibration. Therefore, adequate calibration of the models is indispensable for use them under humid tropical conditions. The NDICEA model generally outperformed the other models. However, the decomposition and N mineralization was not very accurate during the first 30 days of incubation, especially for easily decomposable crop residues. An additional model variable may be required to capture initial microbiological growth as affected by the moisture dynamics of the residues, as is the case in surface residues decomposition models.

Lipid abundance and composition of a humic Oxisol as a function of land use

Soil organic matter of a humic Oxisol has been characterized by analyzing litter and soil lipid composition under vegetal covers (coffee, pasture and fragment of native forest). Soil and litter samples were collected from each site at two depths (0-10 and 60-100 cm). Lipid composition was determined by gas chromatography-mass spectrometry (CG-MS). In the solvent extracts of the soil lipids, even-numbered n-alkanoic acids in the range of C16-C32 indicate a soil organic matter input from higher plant waxes. The major compound classes in both the soil and the litter included saturated n-alkanoic acids, with average values in the total spectrum of 58 and 53%, respectively Clear differences in lipid composition were found between the topsoil and subsurface. Long chain alkylic compounds (alkanoic acids and alkanes) accumulated preferably at depths of 60-100 cm. On the surface, the soil from natural vegetation had a total lipid value higher than those cultivated soils, and showed a predominance of unsaturated alkanoic acids at 60-100 cm. Preservation of alkylic moieties with depth was observed under forest and pasture, indicating that these systems of land use are prone to lipid accumulation. Lipids, especially the long-chain (> C20) ones, may be important with regard to C stabilization and humification processes in subsoil of humic Oxisols, highlighting the importance of lipids compounds in the bulk structure of organic matter these soils.

A matéria orgânica de um Latossolo Húmico foi caracterizada por meio da análise da composição lipídica do solo e da serapilheira sob coberturas vegetais (café, pastagem e fragmento de mata nativa). Em cada área foram coletadas amostras de solo em duas profundidades (0-10 e 60-100 cm), assim como amostras da serapilheira. A composição lipídica foi determinada por cromatografia gasosa-espectroscopia de massa. No extrato lipídico do solo a ocorrência de ácidos alcanóicos com número par de carbonos (C16-C32) indicou presença de cera de plantas superiores na composição da matéria orgânica do solo. Tanto no solo quanto na serapilheira a principal classe de compostos incluiu n-alcanóicos saturados, com valores médios de 58 e 53% do total do cromatograma, respectivamente. Clara diferença foi encontrada entre os extratos lipídicos obtidos na superfície e subsuperfície do solo. Compostos alquílicos de cadeia longa (ácidos alcanóicos e alcanos) acumularam-se preferencialmente entre 60-100 cm. Superficialmente, o solo sob vegetação natural apresentou maiores teores de lipídios totais que os solos cultivados, mostrando também predominância de ácidos alcanóicos insaturados entre 60-100 cm. Nas áreas sob mata e pastagem houve, em profundidade, preservação de alcanos de cadeia curta; evidenciando maior conservação dos mesmos nestes sistemas de uso da terra. Os lipídios, especialmente os de cadeia longa (>20), podem ser muito importantes nos processos de estabilização e humificação do C em camadas subsuperficiais de Latossolos Húmicos, ressaltando a importância dos compostos lipídicos na composição da matéria orgânica destes solos.

Lipid abundance and composition of a humic Oxisol as a function of land use

Soil organic matter of a humic Oxisol has been characterized by analyzing litter and soil lipid composition under vegetal covers (coffee, pasture and fragment of native forest). Soil and litter samples were collected from each site at two depths (0-10 and 60-100 cm). Lipid composition was determined by gas chromatography-mass spectrometry (CG-MS). In the solvent extracts of the soil lipids, even-numbered n-alkanoic acids in the range of C16-C32 indicate a soil organic matter input from higher plant waxes. The major compound classes in both the soil and the litter included saturated n-alkanoic acids, with average values in the total spectrum of 58 and 53%, respectively Clear differences in lipid composition were found between the topsoil and subsurface. Long chain alkylic compounds (alkanoic acids and alkanes) accumulated preferably at depths of 60-100 cm. On the surface, the soil from natural vegetation had a total lipid value higher than those cultivated soils, and showed a predominance of unsaturated alkanoic acids at 60-100 cm. Preservation of alkylic moieties with depth was observed under forest and pasture, indicating that these systems of land use are prone to lipid accumulation. Lipids, especially the long-chain (> C20) ones, may be important with regard to C stabilization and humification processes in subsoil of humic Oxisols, highlighting the importance of lipids compounds in the bulk structure of organic matter these soils.

A matéria orgânica de um Latossolo Húmico foi caracterizada por meio da análise da composição lipídica do solo e da serapilheira sob coberturas vegetais (café, pastagem e fragmento de mata nativa). Em cada área foram coletadas amostras de solo em duas profundidades (0-10 e 60-100 cm), assim como amostras da serapilheira. A composição lipídica foi determinada por cromatografia gasosa-espectroscopia de massa. No extrato lipídico do solo a ocorrência de ácidos alcanóicos com número par de carbonos (C16-C32) indicou presença de cera de plantas superiores na composição da matéria orgânica do solo. Tanto no solo quanto na serapilheira a principal classe de compostos incluiu n-alcanóicos saturados, com valores médios de 58 e 53% do total do cromatograma, respectivamente. Clara diferença foi encontrada entre os extratos lipídicos obtidos na superfície e subsuperfície do solo. Compostos alquílicos de cadeia longa (ácidos alcanóicos e alcanos) acumularam-se preferencialmente entre 60-100 cm. Superficialmente, o solo sob vegetação natural apresentou maiores teores de lipídios totais que os solos cultivados, mostrando também predominância de ácidos alcanóicos insaturados entre 60-100 cm. Nas áreas sob mata e pastagem houve, em profundidade, preservação de alcanos de cadeia curta; evidenciando maior conservação dos mesmos nestes sistemas de uso da terra. Os lipídios, especialmente os de cadeia longa (>20), podem ser muito importantes nos processos de estabilização e humificação do C em camadas subsuperficiais de Latossolos Húmicos, ressaltando a importância dos compostos lipídicos na composição da matéria orgânica destes solos.

Nutritional diagnosis for eucalypt by DRIS, M-DRIS, and CND

The evaluation of the nutritional status in eucalypt (Eucalyptus grandis W. Hill ex Maid.) forests through vegetal tissue analyses what reflects water and nutrient flows in the system, and represents a complementary tool to soil analysis can be helpful to raise and maintain the forest productivity at high levels. This study compared the use of the Diagnosis and Recommendation Integrated System (DRIS), Modified-DRIS (M-DRIS), and Compositional Nutrient Diagnosis (CND) diagnose methods in eucalypt stands in Central-Eastern Minas Gerais State, Brazil. Data of productivity and of N, P, K, Ca, and Mg leaf contents in 993 Eucalyptus grandis stands aging between 72 and 153 months, planted on six sites in 3 ´ 2 m spacing, were used. The nutritional status was diagnosed by the DRIS, M-DRIS, and CND methods, and validated by the chi-square (c²) test applied to the nutrients diagnosed as primary limiting by deficiency. These three methods were compared to each other based on the diagnosis concordance frequency (DCF) derived from the fertilization response potential (FRP) by the criteria considering each nutrient separately; from all (5) to none (0); and only the primary limiting nutrients by either deficiency or excess. The diagnosis concordance level among the methods was procedure-dependent, and varied according to the nutrient concentration in trees.

A avaliação do estado nutricional em florestas de eucalipto (Eucalyptus grandis W. Hill ex Maid.), mediante análises de tecido vegetal, pode ser importante para elevação e manutenção em níveis elevados da produtividade florestal, pois, reflete os fluxos de água e de nutrientes no sistema, sendo ferramenta complementar à análise de solo. O presente trabalho foi realizado aplicando-se o Sistema Integrado de Diagnose e Recomendação (DRIS), DRIS modificado (M-DRIS) e Diagnose da Composição Nutricional (CND), com o objetivo de comparar as diagnoses realizadas entre os métodos DRIS, M-DRIS e CND para o eucalipto, em localidades da região Centro-Leste de Minas Gerais. Foram utilizados dados de produtividade e dos teores de N, P, K, Ca e Mg nas folhas, referentes a 993 talhões de Eucalyptus grandis com idades variando de 72 a 153 meses, plantados no espaçamento 3 ´ 2 m em seis localidades dessa região. A diagnose do estado nutricional foi realizada utilizando-se o DRIS, M-DRIS e CND e validada pelo teste do qui-quadrado (c²), aplicado àqueles nutrientes diagnosticados como limitantes primários por deficiência. Os métodos foram comparados, baseando-se na freqüência de diagnoses concordantes (DCF) do potencial de resposta à adubação (FRP), mediante os seguintes critérios: considerando-se os nutrientes separadamente; desde todos (5) nutrientes até nenhum (0); e apenas o limitante primário por deficiência e por excesso. O nível de concordância entre as diagnoses, fornecidas pelos métodos, variou de acordo com o procedimento adotado em sua avaliação e com o grau de concentração de nutrientes nas árvores.

Nutritional diagnosis for eucalypt by DRIS, M-DRIS, and CND

The evaluation of the nutritional status in eucalypt (Eucalyptus grandis W. Hill ex Maid.) forests through vegetal tissue analyses what reflects water and nutrient flows in the system, and represents a complementary tool to soil analysis can be helpful to raise and maintain the forest productivity at high levels. This study compared the use of the Diagnosis and Recommendation Integrated System (DRIS), Modified-DRIS (M-DRIS), and Compositional Nutrient Diagnosis (CND) diagnose methods in eucalypt stands in Central-Eastern Minas Gerais State, Brazil. Data of productivity and of N, P, K, Ca, and Mg leaf contents in 993 Eucalyptus grandis stands aging between 72 and 153 months, planted on six sites in 3 ´ 2 m spacing, were used. The nutritional status was diagnosed by the DRIS, M-DRIS, and CND methods, and validated by the chi-square (c²) test applied to the nutrients diagnosed as primary limiting by deficiency. These three methods were compared to each other based on the diagnosis concordance frequency (DCF) derived from the fertilization response potential (FRP) by the criteria considering each nutrient separately; from all (5) to none (0); and only the primary limiting nutrients by either deficiency or excess. The diagnosis concordance level among the methods was procedure-dependent, and varied according to the nutrient concentration in trees.

A avaliação do estado nutricional em florestas de eucalipto (Eucalyptus grandis W. Hill ex Maid.), mediante análises de tecido vegetal, pode ser importante para elevação e manutenção em níveis elevados da produtividade florestal, pois, reflete os fluxos de água e de nutrientes no sistema, sendo ferramenta complementar à análise de solo. O presente trabalho foi realizado aplicando-se o Sistema Integrado de Diagnose e Recomendação (DRIS), DRIS modificado (M-DRIS) e Diagnose da Composição Nutricional (CND), com o objetivo de comparar as diagnoses realizadas entre os métodos DRIS, M-DRIS e CND para o eucalipto, em localidades da região Centro-Leste de Minas Gerais. Foram utilizados dados de produtividade e dos teores de N, P, K, Ca e Mg nas folhas, referentes a 993 talhões de Eucalyptus grandis com idades variando de 72 a 153 meses, plantados no espaçamento 3 ´ 2 m em seis localidades dessa região. A diagnose do estado nutricional foi realizada utilizando-se o DRIS, M-DRIS e CND e validada pelo teste do qui-quadrado (c²), aplicado àqueles nutrientes diagnosticados como limitantes primários por deficiência. Os métodos foram comparados, baseando-se na freqüência de diagnoses concordantes (DCF) do potencial de resposta à adubação (FRP), mediante os seguintes critérios: considerando-se os nutrientes separadamente; desde todos (5) nutrientes até nenhum (0); e apenas o limitante primário por deficiência e por excesso. O nível de concordância entre as diagnoses, fornecidas pelos métodos, variou de acordo com o procedimento adotado em sua avaliação e com o grau de concentração de nutrientes nas árvores.

Nodulação, fixação de nitrogênio e produção de matéria seca de alfafa em resposta a doses de calcário, com diferentes relações cálcio:magnésio

High aluminum concentrations decrease the nodulation potential, hence the biological atmosferic nitrogen fixation of legume. This greenhouse experiment was aimed to evaluate the effects of limestone applyet on alfalfa cultivation in alic YELLOWISH RED LATOSOL SOIL, clay texture. It evaluated the ideal Ca2+ and Mg2+ ratios in neutralizing soil acidity. Treatments were two alfalfa cultivars (Florida 77 and Creoula), four limestone rates (1.2; 2.4; 4.8; 7.2t.ha-1) and five stoichiometric percentual ratios Ca:Mg between (100:0; 75:25; 50:50; 25:75; 0:100), in a factorial set up into a completely randomized design with four replications. Nodulation and nitrogen contents in the shoots increased with increased limestone rates. Shoots dry matter production of both cultivars increased with the rates of limestone, but only the cultivar Florida 77 showed significant differences among Ca:Mg ratios.

Altas concentrações de alumínio reduzem a eficência da nodulação e da fixação biológica do nitrogênio atmosférico em leguminosas. O presente ensaio foi realizado em casa de vegetação com o objetivo de avaliar a necessidade de calagem para o cultivo da alfafa em LATOSSOLO VERMELHO-AMARELO álico, textura argilosa. Também foi avaliado o efeito da relação Ca:Mg do calcário aplicado ao solo, sobre a nodulação, os teores de nitrogênio e a produção de matéria seca da parte aérea. Os tratamentos consistiram de duas cultivares de alfafa (Flórida 77 e Crioula), quatro doses de calcário (1,2; 2,4; 4,8; 7,2 t ha-1) e cinco relações percentuais estequiométricas entre Ca e Mg (100:0; 75:25; 50:50; 25:75; 0:100), em delineamento fatorial inteiramente casualizado, com quatro repetições. A nodulação e os teores de nitrogênio na parte aérea aumentaram com a adição de doses crescentes de calcário ao solo. A produção de matéria seca da parte aérea das duas cultivares aumentou em função do aumento das doses de calcário, sendo que somente o cultivar Flórida 77 apresentou diferenças significativas entre as relações Ca:Mg. A relação 100:0 foi a que rendeu maior produção de matéria seca da parte aérea.

Nodulação, fixação de nitrogênio e produção de matéria seca de alfafa em resposta a doses de calcário, com diferentes relações cálcio:magnésio

High aluminum concentrations decrease the nodulation potential, hence the biological atmosferic nitrogen fixation of legume. This greenhouse experiment was aimed to evaluate the effects of limestone applyet on alfalfa cultivation in alic YELLOWISH RED LATOSOL SOIL, clay texture. It evaluated the ideal Ca2+ and Mg2+ ratios in neutralizing soil acidity. Treatments were two alfalfa cultivars (Florida 77 and Creoula), four limestone rates (1.2; 2.4; 4.8; 7.2t.ha-1) and five stoichiometric percentual ratios Ca:Mg between (100:0; 75:25; 50:50; 25:75; 0:100), in a factorial set up into a completely randomized design with four replications. Nodulation and nitrogen contents in the shoots increased with increased limestone rates. Shoots dry matter production of both cultivars increased with the rates of limestone, but only the cultivar Florida 77 showed significant differences among Ca:Mg ratios.

Altas concentrações de alumínio reduzem a eficência da nodulação e da fixação biológica do nitrogênio atmosférico em leguminosas. O presente ensaio foi realizado em casa de vegetação com o objetivo de avaliar a necessidade de calagem para o cultivo da alfafa em LATOSSOLO VERMELHO-AMARELO álico, textura argilosa. Também foi avaliado o efeito da relação Ca:Mg do calcário aplicado ao solo, sobre a nodulação, os teores de nitrogênio e a produção de matéria seca da parte aérea. Os tratamentos consistiram de duas cultivares de alfafa (Flórida 77 e Crioula), quatro doses de calcário (1,2; 2,4; 4,8; 7,2 t ha-1) e cinco relações percentuais estequiométricas entre Ca e Mg (100:0; 75:25; 50:50; 25:75; 0:100), em delineamento fatorial inteiramente casualizado, com quatro repetições. A nodulação e os teores de nitrogênio na parte aérea aumentaram com a adição de doses crescentes de calcário ao solo. A produção de matéria seca da parte aérea das duas cultivares aumentou em função do aumento das doses de calcário, sendo que somente o cultivar Flórida 77 apresentou diferenças significativas entre as relações Ca:Mg. A relação 100:0 foi a que rendeu maior produção de matéria seca da parte aérea.

Total soil electrical conductivity and critical soil K+ to Ca2+ and Mg2+ ratio for potato crops

Soil K+ to Ca2+ and Mg2+ ratio as well as the total salinity were evaluated in response to potassium fertilizer application onto potato. Potassium was applied at six different rates (0, 60, 120, 240, 480 and 960 kg ha-1 of K2O), as K2SO4, and was placed during planting time in the furrow. Soil from the 0-200 mm layer was collected in the furrow, 20 and 48 days after plant emergence (DAE) to evaluate soil pH, K+, Ca2+ and Mg2+ contents and the total electrical conductivity (EC). A factorial design (6x2), with six K rates and two sampling times was set up in a randomized block design with four replications. The application of K fertilizer increased exchangeable K, did not affect pH and exchangeable Ca and Mg contents, but caused a linear increase of the soil K+/(Ca2++Mg2+)1/2 ratio as well as EC. At 20 DAE, the critical soil K+/(Ca2++Mg2+)1/2ratio and the EC associated with maximum tuber yield (30.5 Mg.ha-1, with 353.4 kg ha-1 of K2O) were 1.79 and 1.6 dS m-1, respectively. The highest soil K+/(Ca2++Mg2+)1/2 ratio and EC were obtained with the highest application of K fertilizer, which led to a reduction in the potato tuber yield.

Com o objetivo de avaliar a relação entre K e Ca + Mg e a salinidade no solo em resposta à adubação potássica no cultivo da batateira (cultivar Baraka), foi instalado experimento fatorial a nível de campo com seis doses de potássio (0, 60, 120, 240, 480 e 960 kg ha-1 de K2O) e duas épocas de amostragem, 20 e 48 dias após a emergência das plantas, (DAE) delineado em blocos casualizados com quatro repetições. O potássio foi aplicado como K2SO4 no sulco de plantio. O solo foi amostrado (0-200 mm de profundidade) para avaliar o pH, a condutividade elétrica e os teores de K, Ca e Mg. A adubação potássica aumentou o K trocável, não afetou o pH e os teores de Ca e Mg trocáveis no solo, e elevou linearmente a condutividade elétrica e a relação K+/(Ca2++ Mg2+)1/2. Aos 20 DAE, a máxima produção de tubérculos foi associada com uma relação K+/(Ca2++Mg2+)1/2 de 1,79 e uma condutividade elétrica de 1,6 dS m-1. Com as maiores doses de potássio obtiveram-se as maiores relações K+/(Ca2++Mg2+)1/2, e condutividade elétrica do solo, que podem ter contribuído para a redução da produção de tubérculos.

Total soil electrical conductivity and critical soil K+ to Ca2+ and Mg2+ ratio for potato crops

Soil K+ to Ca2+ and Mg2+ ratio as well as the total salinity were evaluated in response to potassium fertilizer application onto potato. Potassium was applied at six different rates (0, 60, 120, 240, 480 and 960 kg ha-1 of K2O), as K2SO4, and was placed during planting time in the furrow. Soil from the 0-200 mm layer was collected in the furrow, 20 and 48 days after plant emergence (DAE) to evaluate soil pH, K+, Ca2+ and Mg2+ contents and the total electrical conductivity (EC). A factorial design (6x2), with six K rates and two sampling times was set up in a randomized block design with four replications. The application of K fertilizer increased exchangeable K, did not affect pH and exchangeable Ca and Mg contents, but caused a linear increase of the soil K+/(Ca2++Mg2+)1/2 ratio as well as EC. At 20 DAE, the critical soil K+/(Ca2++Mg2+)1/2ratio and the EC associated with maximum tuber yield (30.5 Mg.ha-1, with 353.4 kg ha-1 of K2O) were 1.79 and 1.6 dS m-1, respectively. The highest soil K+/(Ca2++Mg2+)1/2 ratio and EC were obtained with the highest application of K fertilizer, which led to a reduction in the potato tuber yield.

Com o objetivo de avaliar a relação entre K e Ca + Mg e a salinidade no solo em resposta à adubação potássica no cultivo da batateira (cultivar Baraka), foi instalado experimento fatorial a nível de campo com seis doses de potássio (0, 60, 120, 240, 480 e 960 kg ha-1 de K2O) e duas épocas de amostragem, 20 e 48 dias após a emergência das plantas, (DAE) delineado em blocos casualizados com quatro repetições. O potássio foi aplicado como K2SO4 no sulco de plantio. O solo foi amostrado (0-200 mm de profundidade) para avaliar o pH, a condutividade elétrica e os teores de K, Ca e Mg. A adubação potássica aumentou o K trocável, não afetou o pH e os teores de Ca e Mg trocáveis no solo, e elevou linearmente a condutividade elétrica e a relação K+/(Ca2++ Mg2+)1/2. Aos 20 DAE, a máxima produção de tubérculos foi associada com uma relação K+/(Ca2++Mg2+)1/2 de 1,79 e uma condutividade elétrica de 1,6 dS m-1. Com as maiores doses de potássio obtiveram-se as maiores relações K+/(Ca2++Mg2+)1/2, e condutividade elétrica do solo, que podem ter contribuído para a redução da produção de tubérculos.